2026年高考物理：熱力學定律與能量守恒定律（復習講義）學生版+解析

?考點一熱力學第一定律?

知識點1熱力學第一定律

i.對熱力學第一定律的理解

(1)做功和熱傳遞在改變系統內能上是的。

⑵過程是系統與外界之間的其他形式能量與內能的相互轉化。

⑶過程是系統與外界之間內能的轉移。

2.熱力學第一定律的三種特殊情況

⑴若過程是絕熱的，則Q=0,W=\U,外界對物體做的功等于物體內能的增加。

(2)若過程中不做功，則卬=0,Q=MJ,物體吸收的熱量等于物體內能的增加。

⑶若過程的始、末狀態物體的內能不變，則W+Q=0,即物體吸收的熱吊全部用來對外做功，或外界對物

體做的功等于物體放出的熱量。

3.公式AU=W+Q中符號法則的理解

物理量WQNU

十_____對物體做功物體_____熱量內能_____

—______對外界做功物體_____熱量內能_____

知識點2熱力學第一定律與氣體圖像的綜合應用

處理熱力學第一定律與氣體圖像的綜合問題的思路：

1.根據氣體圖像的特點判斷氣體的溫度、體積的變化情況，從而判斷氣體與外界的吸、放熱關系及做功關系。

2.在p-V圖像中，圖線與丫軸圍成的面積表示氣體對外界或外界對氣體做的功。

3.結合熱力學第一定律判斷有關向題。

知識點3熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應用

求解熱力學定律與氣體實驗定律的綜合問題的思路:

Q向??

考向i熱力學第一定律的基本應用

亟如圖所示，玻璃杯蓋上杯蓋時密封良好，初始時杯內氣體壓強等于外界大氣壓強，杯內氣體視為理想

氣體，現將玻璃杯放入消毒柜高溫消毒，杯內封閉氣體的溫度緩慢升高，關于此過程下列說法正確的是

（）

A.外界對杯內氣體做功

B.杯內氣體從外界吸收熱量

C.杯內所有氣體分子的運動速率均增大

D.杯內氣體分子單位時間內碰撞單位面積器壁的次數減少

【變式訓練L1?變載體】如圖，在汽缸內活塞左邊封閉著?定量的空氣，壓強與大氣壓相同。把汽缸和活塞

固定，使汽缸內空氣升高一定的溫度，空氣吸收的熱量為Q/。如果讓活塞可以自由滑動（活塞與汽缸間無

摩擦、不漏氣），也使汽缸內空氣溫度升高相同溫度，其吸收的熱量為。2。設氣體在定容下的比熱容為c/,

在定壓下的比熱容為C2,則（）

口

A.Q、>Q?B.Qi<Q?

C.C]>C2D.J—C2

【變式訓練1?2?變情境】海底火山活躍的海域，火山附近的海水加熱形成水蒸氣從而產生氣泡。氣泡從海底

浮上水面的過程中，溫度卜降，及強減小，體枳減小。若氣泡中的水蒸氣小液化，且可視作一定質量的理

想氣體。下列說法正確的是（）

A.水蒸氣對外做功，內能增加B.水蒸氣對外做功，內能減小

C.水蒸氣放出的熱量大于內能的減少量D.水蒸氣放出的熱量小于內能的減少量

“戒境【變式訓練13變情境】曾同學去西藏旅行時，發現從低海拔地區買的密封包裝的零食，到了高

海拔地區時出現了嚴重的鼓包（體積膨脹）現象，如圖所示。假設零食袋里密封的氣體可視為理想氣體，

從低海拔地區到高海拔地區的過程中溫度保持不變,高海拔地區的大氣壓強顯著小干低海拔地區的大氣壓

強，下列說法正確的是（）

A.袋內氣體的壓強增大

B.零食袋中氣體分子的平均動能減小

C.從低海拔地區到高海拔地區的過程中，袋內氣體從外界吸收了熱量

D.從低海拔地區到高海拔地區的過程中，外界對包體做正功

考向2熱力學第一定律與氣體圖像的綜合問題

膽一定質量的理想氣體，從狀態月經8、。變化到狀態。的變化過程p-V圖像如圖所示，A8與橫軸平行,

3C與縱軸平行，。在同一直線上。已知4狀態溫度為400K,從小狀態至B狀態氣體吸收了32OJ的熱量，

下列說法正確的是（）

5

fp/（xlOPa）

A

0.4

0.2

r/(xl0-3m3)

A.8狀態的溫度為600K

B.從。狀態到。狀態的過程中，氣體溫度不變

C.從4狀態到8狀態的過程中，氣體內能增加了240J

D.從力狀態至。狀態整個過程中，氣體對外做功17.5J

【變式訓練24?變考法】一定質量的理想氣體從狀態a開始，經QTb、b-c、CTa三個過程后回到初始狀

態G,其p-卜圖像如圖所示。則下列說法正確的是（）

V

A.在aTb過程中，單位時間內撞擊單位面積器壁的分子數減少

B.在b-c過程中，氣體向外界放熱

C.在c->a過程中，氣體吸收的熱量小于如史瞥也

D.氣體在arbTCTQ一個循環過程中吸收的熱量等于生也譬也

【變式訓練2?2?變考法】一定質量的理想氣體從狀態。變化到狀態C,其過程如P-7圖像所示。在該過程中

A.。到。過程中，氣體體積不變

B.。到。過程中，氣體從外界吸收的熱量大于氣體對外界做的功

C.〃到c過程中，外界對氣體做功

D.8到c過程中，氣體從外界吸收的熱量小于氣體對外界做的功

【變式訓練2?3?變考法】一定質量的理想氣體從狀態a開始，經歷變化過程aTbtctd到達狀態d的V-T

關系圖像如圖所示。已知氣體在狀態a時的壓強為內,圖線加、〃的延長線均過坐標原點，下列說法正確的

是（）

A.理想氣體在狀態d時的壓強為4Pl

B.btC過程氣體的溫度升高，所有分子的速率都增大

C.理想氣體在狀態c時單位時間內撞擊容器壁單位面積的分子數是狀態匕時的2倍

D.QT匕TCTd變化過程氣體從外界吸收的熱量等于內能的增加量

考向3熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應用

畫建筑工地.卜.工人用液態金屬澆筑一個金屬立柱時，由于工藝缺陷在柱體內部淺層形成了?個不規則的

空腔，為修補空腔需要測出空腔的體積，在金屬立柱上打一個小孔，用細管將空腔內部與一個封閉的汽缸

相連通（如圖所示）、做好密封使空腔、汽缸、細管內部組成一個密閉的空間。汽缸上部由橫截面枳S=lOcn?

的活塞密封，初始狀態汽缸內封閉的氣體體積為10L。現對活塞施加一個豎直向下的變力F,使活塞緩慢下

移，當汽缸內氣體體積變為7L時，外力尸的大小為20N,上述過程中外力/做的功W/=28J。已知外界環

境溫度不變，金屬立柱、空腔及汽缸導熱性良好，不計活塞質量、活塞與汽缸間的摩擦力、細管中氣體的

體積，大氣壓強Po=1.0x105Pa.求:

（1）金屬立柱內空腔的體積;

（2）汽缸內氣體體積由10L變為7L的過程中，封閉氣體與外界熱交換是吸熱還是放熱，熱量是多少？

【變式訓練3?1?變載體】如圖，下端開口的薄壁圓柱形容器（導熱性能良好）豎立在水面上，其上部封閉有

一定質量的理想氣體。當環境溫度為。時，容淵底部與水面間的高度差為兒，容器內外水面間的高度差為

/?2：當環境溫度升高到（未知）時，容器上升的高度為爪此過程中氣體從環境中吸收的熱量為Q。容器

的橫截面積為S,已知人氣壓強始終保持po不變，水的密度為〃，當地的重力加速度為g。【提示：環境溫

度升高過程中，因薄壁管浮力忽略不計，且薄壁管受重力和大包壓力不變，則可判斷管內氣體發生的什么

變化。】求:

(1)初狀態時容器內部氣體壓強P;

(2)環境溫度乃；

(3)環境溫度從。升高到乃過程中，氣體內能的變化量

【變式訓練22變考法】如圖所示，固定的汽缸內有一自由移動的“T”型活塞，質量為m=4kg,活塞體積、

與汽缸間的摩擦均可忽略不計，距汽缸底部h=0.6m處連接-U形管(管內氣體的體積忽略不計)。初始時,

封閉氣體溫度為八二300K,活塞距離汽缸底部為打=0.9m,兩邊水銀柱存在高度差。已知汽缸橫截面積

為5=2x10-3m2,活塞豎直部分長為電=0.72m,大氣壓強為p()=1x105Pa,重力加速度g=10m/s2o

求：

(1)初始時，汽缸內封閉氣體的壓強為多大；

(2)若氣體的內能與熱力學溫度成正比，初始時該氣體內能Ui=2100J,現使氣體溫度緩慢降低，當兩水銀

面相平時氣體對外放出的熱量。

【變式訓練2-3?變載體】玩具氣槍的核心動力來源于氣體的壓縮與釋放。當密閉空間內的空氣被壓縮時，內

部壓強增大，撤除外力后壓縮氣體迅速膨脹，推動彈丸高速射出。某研究小組想研究氣槍子彈的速度變化

及功能轉化。實驗時把槍管水平固定，槍管一端封閉，另一端與外界大氣連通，槍管中空部分粗細均勻，

橫截面積為S=2cm2,其簡化結構如題圖1所示。通過傳感器測量，繪制出子彈速度-與封閉氣柱長度x

的函數關系曲線，如題圖2所示。子彈剛開始運動時，封閉氣柱長度為%=20cm,此時封閉氣體溫度為=

300K,壓強為pi=2.0xl()5pa。當子彈速度最大時，封閉氣柱長度為必=30cm。塑料子彈質量為m=2g,

子彈與槍管間氣密性良好，不計摩擦，外界大氣壓恒為po=1.0xl05pa。

(2)子彈從開始運動到獲得最大速度的過程中，子彈克服外界大氣做的功名為多少？

(3)已知槍管內封閉氣體內能U與熱力學溫度7滿足=式中/?=3.2x10-2J/K,則

①若忽略封閉氣體與外界熱交換，求子彈的最大速度/0；

②實際情況封閉氣體和外界會有熱交換，實驗測得%=22m/s,判斷子彈從開始運動到獲得最大速度的過

程中，封閉氣體是吸熱還是放熱？吸(或放)熱為多少？

?考點二熱力學第二定律.

知識點1熱力學第二定律

1.熱力學第二定律的含義

(1)“自發地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現象的性，不需要借助外界提供能量的幫助。

(2)“不產生其他影響”的含義是發生的熱力學宏觀過程只在本系統內完成，對周圍環境不產生熱力學方面

的影響，如吸熱、放熱、做功等。在產生其他影響的條件下內能可以全部轉化為機械能，如氣體的等溫膨

脹過程。

2.熱力學第二定律的實質

熱力學第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與的宏觀過程的—性，進而使人們認識到自然界中

進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有性。

知識點2熱力學第一、第二定律的比較

1.熱力學第一、第二定律的比較

熱力學第一定律熱力學第二定律

定律揭

從能量守恒的角度揭示了功、熱量和內能改變

示的自然界中出現的宏觀過程是有—性的

量三者的定量關系

問題

機械能

內能不可能在不引起其他變化的情況

和內能當摩擦力做功時，機械能可以全部轉化為內能

下完全變成機械能

的轉化

熱量的說明熱量不能—地從低溫物體傳向

熱量可以從高溫物體____傳向低溫物體

傳遞高溫物體

兩定律

在熱力學中.兩者既相互獨立，又互為補充，共同構成了熱力學知識的理論基礎

的關系

2.兩類永動機的比較

第一類永動機第二類永動機

不需要任何動力或燃料，卻能不斷地從單一熱源吸收熱量，使之完全變成

設計要求

對外做功的機器功，而不產生其他影響的機器

不可能

違背_____定律不違背能最守恒定律，違背____定律

制成的原因

考向熱力學第二定律的應用

阿可某科技館展示了一款新型節能空調。該空調制冷時，通過壓縮機做功消耗電能，將熱量從室內傳遞到

溫度更高的室外環境。在此過程中，部分電能轉化為壓縮機的機械能。下列判斷正確的是（）

A.熱量從低溫環境傳遞到高溫環境的過程可以自發進行，無需外界干預

B.空調工作時，室內與外界組成的系統總燧可能保持不變

C.通過壓縮機做功使熱量從低溫環境傳至高溫環境的過程，不違反熱力學第二定律

D.部分電能轉化為機械能，說明能量轉化不具有方向性

【變式訓練4?1】對于熱力學第二定律的理解，下列說法正確的是（）

A.凡與熱現象有關的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞過程中，熱量能從高溫物體傳遞給低溫物體，

而不能從低溫物體傳遞給高溫物體

B.機械能可以全部轉化為內能，但內能無法全部用來轉化成機械能而不引起其他變化

C.在任何自然過程中，一個孤立系統的總燃會越來越小

D.第一類永動機違反了熱力學第二定律

【變式訓練42變載體】如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖，壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內外的管

道中不斷循環，在蒸發器中制冷劑汽化，吸收箱體內的熱量，經過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體

外。下列說法正確的是（）

壓縮機

A.熱量可以自發地從低溫的冰箱內傳到高溫的冰箱外

B.電冰箱的制冷系統能夠不斷地把冰箱內的熱量傳到外界，是因為其消耗了電能

C.電冰箱的工作原理違反了熱力學第一定律

D.電冰箱的工作效率可達到100%

【變式訓練4?3?變情境】全球能源互聯網發展合作組織與國家氣候中心2025年4月21日聯合發布《2025

年全球新能源發電年景預測報告》＜1能源問題是當今世界最為重要的問題之一，熱力學的研究對能源利用

率的提高起到了關鍵作用，為熱機的設計與制造提供了足夠的理論支持。關于熱機和熱力學定律，以下表

述正確的是（）

A.第二類永動機并沒有違背能量守恒定律，故熱機的效率可能達到100%

B.因為能量守恒，隨著科技的發展，能量可以循環利用，從而可以解決能源危機問題

C.一切自發過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行

D.熱力學第二定律可表述為“不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體”

04

真題溯源?考向感知

1.（2025?重慶?高考真題）易碎物品運輸中常采用緩沖氣袋減小運輸中沖擊。若某次撞擊過程中，氣袋被

壓縮（無破損），不計袋內氣體與外界的熱交換，則該過程中袋內氣體（視為理想氣體）（）

A.分子熱運動的平均動能增加B.內能減小

C.壓強減小D.對外界做正功

2.（2025?北京?高考真題）我國古代發明的一種點火器如圖所示，推桿插入套筒封閉空氣，推桿前端粘著

易燃艾絨。猛推推桿壓縮筒內氣體，艾絨即可點燃。在壓縮過程中，筒內氣體（）

A.壓強變小B.對外界不做功C.內能保持不變D.分子平均動能增大

3.（多選）（2025?甘?肅?高考真題）如圖，一定量的理想氣體從狀態A經等容過程到達狀態&然后經等

溫過程到達狀態。。已知質量?定的某種理想氣體的內能只與溫度有關，且隨溫度升高而增大。下列說法

正確的是（）

V

AB

IC

O---------------------------------AT

A.A-3過程為吸熱過程B.3-C過程為吸熱過程

C.狀態A壓強比狀態A的小D.狀態4內能比狀態C的小

4.（多選）（2024?海南,高考真題）一定質量的理想氣體從狀態。開始經他、be、s三個過程回到原狀態,

已知外垂直于7軸，兒延長線過。點，下列說法正確的是（）

A.慶?過程外界對氣體做功B.ca過程氣體壓強不變

C.岫過程氣體放出熱量D.co過程氣體內能減小

復習目標：

1.理解和掌握熱力學第一定律和第二定律。

2.能夠熟練處理熱力學第一定律與氣體實驗定律相結合的問題。

核心突破?靶向攻堅

?考點一熱力學第一定律.

知識點1熱力學第一定律

1.對熱力學第一定律的理解

(1)做功和熱傳遞在改變系統內能上是等效的。

(2)幽過程是系統與外界之間的其他形式能最與內能的相互轉化。

⑶熱傳遞過程是系統與外界之間內能的轉移。

2.熱力學第一定律的三種特殊情況

⑴若過程是絕熱的，則。=0,W=MJ,外界對物體做的功等于物體內能的增加。

(2)若過程中不做功，則W=0,Q=kU,物體吸收的熱量等于物體內能的增加。

(3)若過程的始、末狀態物體的內能不變，則W+Q=O,即物體吸收的熱量全部用來對外做功,或外界對物

體做的功等于物體放出的熱量。

3.公式AUnW+Q中符號法則的理解

物理量WQAU

+外界對物體做功物體吸收熱量內能增加

—物體對外界做功物體放出熱量內能減少

知識點2熱力學第一定律與氣體圖像的綜合應用

處理熱力學第一定律與氣體圖像的綜合問題的思路：

1.根據氣體圖像的特點判斷氣體的溫度、體積的變化情況，從而判斷氣體與外界的吸、放熱關系及做功關系。

2.在p-V圖像中，圖線與V軸圍成的面積表示氣體對外界或外界對氣體做的功。

3.結合熱力學第一定律判斷有關向題。

知識點3熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應用

求解熱力學定律與氣體實驗定律的綜合問題的思路：

Q命Q?

考向1熱力學第一定律的基本應用

畫如圖所示，玻璃杯蓋上杯蓋時密封良好，初始時杯內氣體壓強等于外界大氣壓強，杯內氣體視為理想

氣體，現將玻璃杯放入消毒柜高溫消毒，杯內封閉氣體的溫度緩慢升高，關于此過程下列說法正確的是

（）

A.外界對杯內氣體做功

B.杯內氣體從外界吸收熱量

C.杯內所有氣體分子的運動速率均增大

D.杯內氣體分子單位時間內碰撞單位面積器壁的次數減少

【答案】B

【詳解】AB.因氣體體積不變，則外界對杯內氣體不做功，則卬=0；氣體溫度升高，則內能增加AU>0,

根據AU=W+Q，可知Q>0,即杯內氣體從外界吸收熱量，選項A錯誤，B正確；

C.杯內氣體溫度升高，分子平均速率變大，但并非所有氣體分子的運動速率均增大，選項c錯誤；

D.氣體體積不變，溫度升高，由理想氣體狀態方程可知氣體壓強變大，則分子數密度不變，分子平均速率

變大，則杯內氣體分子單位時間內碰撞單位面積器壁的次數增加，選項D錯誤。故選B。

【變式訓練14?變載體】如圖，在汽缸內活塞左邊封閉著一定量的空氣，壓強與大氣壓相同。托汽缸和活塞

固定，使汽缸內空氣升高一定的溫度，空氣吸收的熱量為Q/。如果讓活塞可以自由滑動（活塞與汽缸間無

摩擦、不漏氣），也使汽缸內空氣溫度升高相同溫度，其吸收的熱量為。2。設氣體在定容下的比熱容為c/,

在定壓下的比熱容為C2,則（）

EZE

A.Qi>Q2B.Qi<Q?

C?Q>c?D.C]=c2

【答案】B

【詳解】AB.汽缸和活塞固定，氣體體積不變，則有%=0,使汽缸內空氣升高一定的溫度，空氣吸收的

熱量為。八根據熱力學第一定律有AU=姐+Qi=Q]

讓活塞可以自由滑動，氣體壓強?定，當升高溫度時，氣體體積增大，氣體對外界做功，則有叫<0

由于使汽缸內空氣溫度升高相同溫度，則氣體內能變化曷仍然為△〃，根據熱力學第一定律有AU=W2+Q2

可知QI<Q2，故A錯誤，B正確；

CD.根據Q=cm*結合上.述，由于Qi<Qz可知JVC?，故CD錯誤。故選B。

【變式訓練1-2?變情境】海底火山活躍的海域，火山附近的海水加熱形成水蒸氣從而產生氣泡，氣泡從海底

浮上水面的過程中，溫度下降，壓強減小，體積減小.若氣泡中的水蒸氣不液化，且可視作一定質量的理

想氣體。下列說法正確的是（）

A.水蒸氣對外做功，內能增加B.水蒸氣對外做功，內能減小

C.水蒸氣放出的熱量大于內能的減少量D.水蒸氣放出的熱量小于內能的減少量

【答案】C

【詳解】氣泡上升時溫度下降，內能減少（△（/<（））。體積減小，外界對氣體做功（W>0）。根據熱力學第

一定律AU=Q+W得因AU為負，W為正，則Q<0故Q的絕對值|Q|=|A5+W即水蒸氣放出的熱量

大于內能的減少量。故選C。

境【變式訓練13變情境】曾同學去西藏旅行時，發現從低海拔地區買的密封包裝的零食，到了高

海拔地區時出現了嚴重的鼓包（體積膨脹）現象，如圖所示。假設零食袋里密封的氣體可視為理想氣體，

從低海拔地區到高海拔地區的過程中溫度保持不變，高海拔地區的大氣壓強顯著小于低海拔地區的大氣壓

強，下列說法正確的是（）

A.袋內氣體的壓強增大

B.零食袋中氣體分子的平均動能減小

C.從低海拔地區到高海拔地區的過程中，袋內氣體從外界吸收了熱量

D.從低海拔地區到高海拔地區的過程中，外界對氣體做正功

【答案】C

【詳解】A.根據氣體的等溫變化規律可知，袋內氣體壓強減小，選項A錯誤;

B.溫度不變，則零食袋中氣體分子的平均動能不變，選項B錯誤；

CD.從低海拔地區到高海拔地區的過程中，袋內氣體對外界做正功，袋內氣體的內能不變，杈據熱力學第

一定律可知，袋內氣體從外界吸收了熱量，選項C正確、D錯誤。故選C。

考向2熱力學第一定律與氣體圖像的綜合問題

膽一定質量的理想氣體，從狀態4經8、。變化到狀態。的變化過程p-V圖像如圖所示，A8與橫軸平行,

BC與縱軸平行，OOC在同一直線上。已知A狀態溫度為400K,從A狀態至8狀態氣體吸收了32OJ的熱量，

下列說法正確的是（）

5

fp/（xlOPa）

0—1―2—3—4K/（x103m3）

A.8狀態的溫度為600K

B.從。狀態到。狀態的過程中，氣體溫度不變

C.從A狀態到3狀態的過程中，氣體內能增加了240J

D.從A狀態至。狀態整個過程中，氣體對外做功17.5J

【答案】C

533

【詳解】A.根據*=等其中的詼=0.4x10Pa,Kfi=4x10-mnJ^WTB=800K,故A錯誤；

TATB

B.因為C狀態的/W乘積大于0狀態，則從。狀態到。狀態的過程中溫度降低，故B錯誤；

C.從4狀態到8狀態的過程中，氣體吸收了320J的熱量，同時與體對外做功必8=0.4x105X2X10-3J=

80J由熱力學第一定律可知IAU=-80J+320J=240J氣體內能增加了240J,故C正確；

D.因p-V圖像與橫軸所圍的面積表示功，則從4狀態至。狀態整個過程中，氣體對外做功叱w=0.4x105x

2xlO-3J一月空x105x10-3J=62.5J,故D錯誤。故選C。

【變式訓練2-1?變考法】?定質量的理想氣體從狀態a開始，經at氏b-c、CTQ三個過程后回到初始狀

態a,其p-1圖像如圖所示。則下列說法正確的是（）

匕匕

A.在QTh過程中，單位時間內撞擊單位面積器壁的分子數減少

B.在b-c過程中，氣體向外界放熱

C.在CTQ過程中，氣體吸收的熱量小于立歿3

D.氣體在a-6-c-Q一個循環過程中吸收的熱量等于絲畔山2

【答案】C

均動能減小，即平均撞擊力減小，故單位時間與單位面積器壁碰撞的分子數增多，故A錯誤；

B.在6-C過程中，氣體做等容變化，體積不變，壓強增大，根據理想氣體狀態方程可知，溫度升高，氣

體內能增大，由熱力學第一定律有AU=〃+Q由于氣體體積不變，做功為0,可知，氣體增加的內能等于

從外界吸收的熱量，故B錯誤；

C.在era過程中，由牛=C可得p=CTq由于圖像CTa過程圖像的延長線過原點，此過程為等溫變化，

體積增大，氣體對外做功，氣體內能不變，故氣體吸收的熱量等于氣體對外界所做的功，根據p-V圖像與

坐標軸所圍面積表示做功大小可知，再此過程中氣體對外界做的功W＜如史警也故C正確；

D.同理在QTbfCTQ一個循環過程中，內能不變，氣體對外做功等于吸收的熱量，而對外做的功

W，＜（P2-嗎（匕-%）故D錯誤。故選C。

【變式訓練2-2?變考法】一定質量的理想氣體從狀態〃變化到狀態c,其過程如〃-7'圖像所示。在該過程中

A.。到〃過程中，氣體體積不變

B.。到過程中，氣體從外界吸收的熱量大于氣體對外界做的功

C.）到。過程中，外界對氣體做功

D.〃到c過程中，氣體從外界吸收的熱量小于氣體對外界做的功

【答案】B

【詳解】A.根據P=E7\因?點與坐標原點連線的斜率比方較大，可知a態體積較小，即4到。過程中，

氣體體積變大，選項A錯誤：

B.”到b過程中，氣體體積變大,'t體對外做功，即卬＜0：氣體溫度升高，內能變大，即AU＞0,根據AU=W+Q

可知，氣體從外界吸收的熱量Q大于氣體對外界做的功W,選項B正確；

C.〃到c過程中，氣體溫度不變，壓強減小，則體積變大，氣體對外界做功，選項C錯誤；

D.〃到c過程中，氣體內能不變，則氣體從外界吸收的熱量等于氣體對外界做的功，選項D錯誤。

故選B.,

【變式訓練2?3?變考法】一定質量的理想氣體從狀態a開始，經歷變化過程a-b-＞c-d到達狀態d的，-T

關系圖像如圖所示。已知氣體在狀態a時的壓強為小，圖線加、4的延長線均過坐標原點，下列說法正確的

是（）

A.理想氣體在狀態d時的壓強為4Pl

B.1)-c過程氣體的溫度升高，所有分子的速率都增大

C.理想氣體在狀態c時單位時間內撞擊容器壁單位面積的分子數是狀態b時的2倍

D.Q-匕-ctd變化過程氣體從外界吸收的熱量等于內能的增加量

【答案】D

【詳解】A.根據理想氣體狀態方程華=C可知在P-T圖像中過原點的傾斜直線反映的是理想氣體等壓變

化的規律，即Pa=Pb，Pc=Pd，由于過程bTC為等容變化過程，根據查理定律§=白■可知理想氣體在狀

<o27o

態d時的壓強為2pi，故A錯誤；

B.過程力TC氣體的溫度升高，分子運動的平均速率增大，但不是所有分子的速率都增大，故B錯誤：

C.根據以I:分析可知，狀態c的尺強為狀態b壓強的2倍，由于ATC過程溫度升高，分子的平均動能變大,

分子的平均撞擊力也變大，則氣體在狀態c單位時間內撞擊容器壁單位面積的分子數一定小丁狀態加時的2

倍，故C錯誤；

D.變化過程aTbTCTd,外界對氣體做的總功為W=-Pi(3%-％)+2P式3%-2%)=。根據熱力學

第一定律=Q+VT可知，變化過程aTbfcrd氣體從外界吸收的熱品等于內能的增加顯，故D正確。

故選D。

考向3熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應用

甌建筑工地上工人用液態金屬澆筑一個金屬立柱時，由于工藝缺陷在柱體內部淺層形成了一個不規則的

空腔，為修補空腔需要測出空腔的體積，在金屬立柱上打一個小孔，用細管將空腔內部與一個封閉的汽缸

相連通(如圖所示)、做好密封使空腔、汽缸、細管內部組成一個密閉的空間。汽缸上部由橫截面積S=10cm2

的活塞密封，初始狀態汽缸內封閉的氣體體枳為10L。現對活塞施加一個豎直向下的變力F,使活塞緩慢下

移，當汽缸內氣體體積變為7L時，外力產的大小為20N,上述過程中外力/做的功W/=28J。己知外界環

境溫度不變，金屬立柱、空腔及汽缸導熱性良好，不計活塞質量、活塞與汽缸間的摩擦力、細管中氣體的

體積，大氣壓強Po=1.0x105Pa?求：

柱體

(1)金屬立柱內空腔的體積；

(2)汽缸內氣體體積由10L變為7L的過程中，封閉氣體與外界熱交換是吸熱還是放熱，熱量是多少？

【答案】(1)8L(2)放熱,328J

【詳解】(1)以整體氣體為研究對象，根據玻意耳定律有Po(10L+V)=6+po)(7L+V)

代人數據解得V=8L

(2)外力/做的功名=28J,汽缸內氣體體積由10L變為7L的過程中，大氣壓力對封閉氣體做功也=

s3

p0^V=1.0x10x(10-7)x10-J=300J

外力對封閉氣體做功W=%+電=328J外界環境溫度不變，金屬立柱、空腔及汽缸導熱性良好，則內能

不變，根據熱力學第一定律AU=W+Q,可知0=W+Q解得Q=-328J則汽缸及空腔內的氣體向外界放

出的熱量328J。

【變式訓練34?變載體】如圖，下端開口的薄壁圓柱形容器(導熱性能良好)豎立在水面上，其上部封閉有

一定質量的理想氣體。當環境溫度為。時，容器底部與水面間的高度差為/〃，容器內外水面間的高度差為

，⑵當環境溫度升高到乃(未知)時，容器上升的高度為兒此過程中氣體從環境中吸收的熱量為。。容器

的橫截面積為S,已知大氣壓強始終保持po不變，水的密度為p,當地的重力加速度為g。【提示：環境溫

度升高過程中，因薄壁管浮力忽略不計，且薄壁管受重力和大與壓力不變，則可判斷管內氣體發生的什么

⑴初狀態時容器內部氣體壓強P；

(2)環境溫度7＞；

(3)環境溫度從心升高到「過程中，氣體內能的變化量△口

【答案】(I)Po+pgh?⑵⑶Q-(Po+pghzlSh

【詳解】(1)初狀態時容器內部氣體壓強p=po+pg/t2

(2)對容器受力分析得mg+p°S=pS解得p=p0+詈環境溫度從心升高到乃過程中，大氣壓強p。、容

器質量小均不變，則容器內部氣體壓強P不變,并且力2不變；初狀態:Th匕=(九1+八2)5末狀態：％=

出+壇+/OS由蓋口薩克定律有？=等代入數據解得72=(”"2：所

11T2八1十八2

(3)該過程中外界對氣體所做的功勿=-p(y2-匕)=-(Po+pg%2)s九由熱力學第一定律=W+Q解得

AU=Q-(Po+pgh2)Sh

【變式訓練2?2?變考法】如圖所示，固定的汽缸內有一自由移動的“T”型活塞，質量為m=4kg,活塞體枳、

與汽缸間的摩擦均可忽略不計，距汽缸底部h=0.6m處連接一U形管(管內氣體的體積忽略不計)。初始時,

封閉氣體溫度為7；=300K,活塞距離汽缸底部為b=0.9m,兩邊水銀柱存在高度差。已知汽缸橫截面積

為S=2xl0-3m2,活塞豎直部分長為電=0.72m,大氣壓強為p()=1x10$Pa,重力加速度g=lOm/s?。

求：

JU咱

(1)初始時，汽缸內封閉氣體的壓強為多大；

(2)若氣體的內能與熱力學溫度成正比，初始時該氣體內能%=2100],現使氣體溫度緩慢降低，當兩水銀

面相平時氣體對外放出的熱量。

【答案】(l)Pi=1.2x105Pa(2)743.2J

【詳解】(1)對活塞受力分析，根據平衡條件有mg+poS=p】S代入相關已知數據，解得%=1.2x105pa

(2)兩水銀面相平時氣體壓強p2=lxl05pa,剛開始降低溫度時氣體做等壓變化，當”7型活塞已經觸底

后做等容變化，則氣體體積%=彩=^S根據理想氣體狀態方程的=*解得T2=200K氣體的內能

與熱力學溫度成正比，7\=300K時該氣體內能力=2100J,則此時氣體內能4=1400J這一過程外界對氣

體儂功W=p1S(h-電)解得W=43.2J根據熱力學第?定律可得AU=U2-U.=W+Q解得Q=

-743.2J,即氣體放出的熱景為743.2J

【變式訓練2.3?變載體】玩具氣槍的核心動力來源于氣體的壓縮與釋放。當密閉空間內的空氣被壓縮時，，內

部壓強增大，撤除外力后壓縮氣體迅速膨脹，推動彈丸高速射出。某研究小組想研究氣槍子彈的速度變化

及功能轉化。實驗時把槍管水平固定，槍管一端封閉，另一端與外界大氣連通，槍管中空部分粗細均勻，

橫截面積為S=2cm2,其簡化結構如題圖1所示。通過傳感器測量，繪制出子彈速度v與封閉氣柱長度x

的函數關系曲線，如題圖2所示。子彈剛開始運動時，封閉氣柱長度為右=20cm,此時封閉氣體溫度為7\=

300K,壓強為%=2.0xl()5pa。當子彈速度最大時，封閉氣柱長度為%?=30cm。塑料子彈質量為6=2g,

子彈與槍管間氣密性良好，不計摩擦，外界大氣壓恒為Po=l.Oxl()5pa。

(1)子彈速度達到最大時，封閉氣體的溫度72為多少？

(2)子彈從開始運動到獲得最大速度的過程中，子彈克服外界大氣做的功伍為多少？

(3)已知槍管內封閉氣體內能U與熱力學溫度r滿足(U=/?/，式中/?=3.2x10-2J/K,則

①若忽略封閉氣體與外界熱交換，求子彈的最大速度外0；

②實際情況封閉氣體和外界會有熱交換，實驗測得%=22m/s,判斷子彈從開始運動到獲得最大速度的過

程中，封閉氣體是吸熱還是放熱？吸(或放)熱為多少？

【答案】⑴225K(2)2J(3)①20m/s；②吸熱，0.084J

【詳解】(1)當子彈速度達到最大時，封閉氣體壓強與外界大氣壓強相等，則有字=*

T

712

解得72=225K

(2)此過程子彈克服外界大氣做的功％=p0AV,乂/V=S(M-勺)解得％=2J

(3)①對封閉氣體，若忽略封閉氣體與外界熱交換，則有。=0根據U=￡幾得AU=0AT=66-TJ

根據熱力學第一定律Z1U=%+Q,解得=一2.4J對子彈，由動能定理得一%-%=如瑤-解得%o=

20m/s

②對子彈，由動能定理得一電一％=：血哧，解得勿2=-2.484〕對封閉氣體，由①得AU=W2+Q，解得

Q=+0.084J即封閉氣體吸收熱量為0.084J。

?考點二熱力學第二定律?-

知識點1熱力學第二定律

1.熱力學第二定律的含義

(D“自發地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現象的方囪性，不需要借助外界提供能量的幫助。

(2)“不產生其他影響”的含義是發生的熱力學宏觀過程只在本系統內完成，對周圍環境不產生熱力學方面

的影響，如吸熱、放熱、做功等。在產生其他影響的條件下內能可以全部轉化為機械能，如氣體的等溫膨

脹過程。

2.熱力學第二定律的實質

熱力學第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與的宏觀過程的加包性，進而使人們認識到自然界中

進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有無向性。

知識點2熱力學第一、第二定律的比較

1.熱力學第一、第二定律的比較

熱力學第一定律熱力學第二定律

定律揭

從能量守恒的角度揭示了功、熱量和內能改變自然界中出現的宏觀過程是有力包性

示的

量三者的定量關系的

問題

機械能

內能不可能在不引起其他變化的情況

和內能當摩擦力做功時，機械能可以全部轉化為內能

下完全變成機械能

的轉化

熱量的說明熱量不能巨龍地從低溫物體傳向

熱量可以從高溫物體股傳向低溫物體

傳遞高溫物體

兩定律

在熱力學中,兩者既相互獨立，又互為補充，共同構成了熱力學知識的理論基礎

的關系

2.兩類永動機的匕匕較

一一第一類永動機第二類永動機

不需要任何動力或燃料，卻能不斷地從單一熱源吸收熱量，使之完全變成

設計要求

對外做功的機器功，而不產生其他影響的機器

不可能不違背能量守恒定律，違背熱力學第

違背能量守恒定律

制成的原因二定律

Q命Q?

考向熱力學第二定律的應用

畫某科技館展示了一款新型節能空調。該空調制冷時，通過壓縮機做功消耗電能，將熱量從室內傳遞到

溫度更高的室外環境。在此過程中，部分電能轉化為壓縮機的機械能。下列判斷正確的是（）

A.熱量從低溫環境傳遞到高溫環境的過程可以自發進行，無需外界干預

B.空調工作時，室內與外界紐成的系統總燧可能保持不變

C.通過壓縮機做功使熱量從低溫環境傳至高溫環境的過程，不違反熱力學第二定律

D.部分電能轉化為機械能，說明能量轉化不具有方向性

【答案】C

【詳解】A.熱量自發傳遞是從亶溫到低溫，從低溫到高溫不能自發，需外界干預（如空調壓縮機做功），

故A錯誤；

B.空調工作時，消耗電能，電能最終轉化為內能，使得室內與外界組成的系統總峭增加，故B錯誤；

C.通過壓縮機做功（外界干預）使熱屈從低溫到高溫，不違反熱力學第二定律，故C正確；

D,能量轉化具有方向性，部分電能轉化為機械能，是在一定條件下進行的，不能說明能量轉化不具有方向

性，故D錯誤。

故選C。

【變式訓練4?1】對于熱力學第二定律的理解，下列說法正確的是（）

A.凡與熱現象有關的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞過程中，熱量能從高溫物體傳遞給低溫物體，

而不能從低溫物體傳遞給高溫物體

B.機械能可以全部轉化為內能，但內能無法全部用來轉化成機械能而不引起其他變化

C.在任何自然過程中，一個孤立系統的總燧會越來越小

D.第一類永動機違反了熱力學第二定律

【答案】B

【詳解】A.熱量自發傳遞方向是從高溫到低溫，但外界做功時（如制冷機），熱量可從低溫傳向高溫，故

A錯誤；

B.機械能可完全轉化為內能（如摩擦生熱），但內能轉化為機械能需伴隨其他變化（如熱機需放熱到低溫

熱源），故B正確；

C.孤立系統的端在自然過程中永不減少（燃增原理），總燧會增大或不變，不會減小，故C錯誤；

D.第一類永動機違反能量守恒（熱力學第一定律），第二類永動機才違反熱力學第二定律，故D錯誤。

故選

【變式訓練4?2?變載體】如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖，壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內外的管

道中不斷循環，在蒸發器中制冷劑汽化，吸收箱體內的熱量，經過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體

外。下列說法正確的是（）

A.熱量可以自發地從低溫的冰箱內傳到高溫的冰箱外

B.電冰箱的制冷系統能夠不斷地把冰箱內的熱量傳到外界?是因為其消耗了電能

C.電冰箱的工作原理違反了熱力學第一定律

D.電冰箱的工作效率可達到100%

【答案】B

【詳解】AB.由熱力學第二定律可知，熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體，除非有外界的影響或幫

助，電冰箱把熱量從低溫的內部傳到高溫的外部，需要壓縮機的幫助并消耗電能，故A錯誤，B正確；

C.電冰箱在工作過程中，消耗電能，實現了熱量從低溫物體向高溫物體的傳遞，其能量的轉化和守恒滿足

熱力學第一定律，并沒有違反，故c錯誤；

D.任何熱機的效率都不能達到100%,因為在能量轉化過程中總會有能量損耗，電冰箱也不例外，故D錯

誤。故選Bo

【變式訓練4?3?變情境】全球能源互聯網發展合作組織與國家氣候中心2025年4月21日聯合發布《2025

年全球新能源發電年景預測報告》。能源問題是當今世界最為重要的問題之一，熱